Zone et mécanisme d'absorption du CO2

1. La feuille absorbe le CO2 : mise en évidence

Expérience 1. On enferme une feuille encore attachée à la plante dans un flacon traversé par un courant d'air. À l'entrée et à la sortie, l'air barbote dans de l'eau de chaux (ou de l'eau de baryte), qui se trouble en présence de CO₂. À la lumière, l'eau de chaux de sortie se trouble beaucoup moins que celle d'entrée : la feuille éclairée a retiré du CO₂ à l'air.

Expérience 2. On recouvre de vaseline (qui bouche les ouvertures) :

• la face supérieure d'une feuille A ;
• la face inférieure d'une feuille B ;
• rien sur la feuille C (témoin).

Après une journée à la lumière, on teste l'amidon avec l'eau iodée. La feuille C et la feuille A deviennent bleu-noir (présence d'amidon) ; la feuille B ne bleuit presque pas. Chez cette plante (un haricot, par exemple), le CO₂ entre donc surtout par la face inférieure.

Conclusion. Le CO₂ est absorbé par les feuilles, à travers de minuscules ouvertures de l'épiderme, les stomates, plus nombreux sur la face inférieure chez la plupart des dicotylédones.

2. La structure de la feuille

Une coupe transversale de feuille de dicotylédone montre, de haut en bas :

• la cuticule, couche cireuse imperméable qui limite les pertes d'eau (c'est elle qui fait briller la feuille du manguier) ;
• l'épiderme supérieur, une couche de cellules sans chloroplastes, avec peu ou pas de stomates ;
• le parenchyme palissadique, cellules allongées et serrées, très riches en chloroplastes ;
• le parenchyme lacuneux, cellules irrégulières séparées par de grands espaces remplis d'air, les lacunes (ou méats) ;
• les nervures, qui contiennent les vaisseaux conducteurs de sève ;
• l'épiderme inférieur, percé de nombreux stomates, recouvert lui aussi de cuticule.

Sous chaque stomate se trouve une chambre sous-stomatique qui communique avec les lacunes du parenchyme. La feuille forme donc un véritable réseau d'air intérieur relié à l'atmosphère par les stomates.

3. Le stomate

Un stomate est formé de deux cellules stomatiques (ou cellules de garde) en forme de rein (réniformes), qui délimitent entre elles une ouverture, l'ostiole. Contrairement aux autres cellules de l'épiderme, les cellules stomatiques possèdent des chloroplastes. Leur paroi est épaisse du côté de l'ostiole et mince du côté opposé.

La répartition des stomates varie selon les plantes :

• dicotylédones terrestres (haricot, manguier, arachide) : surtout sur la face inférieure ;
• monocotylédones à feuilles dressées (maïs, riz, fonio) : sur les deux faces ;
• plantes aquatiques à feuilles flottantes (nénuphar) : sur la face supérieure, seule en contact avec l'air ;
• feuilles entièrement immergées : pas de stomates ; le CO₂ dissous dans l'eau traverse directement toute la surface de la feuille.

4. La densité des stomates

On compte les stomates d'une empreinte d'épiderme (vernis à ongles incolore étalé, séché puis décollé) observée au microscope, dans un champ de surface connue.

densité = nombre de stomates comptéssurface du champ observé

5. Le mécanisme d'ouverture et de fermeture des stomates

L'ouverture de l'ostiole dépend de la turgescence des cellules stomatiques.

• Ouverture : à la lumière, les cellules stomatiques accumulent activement des ions potassium K^+. Leur suc devient plus concentré ; par osmose, l'eau entre depuis les cellules voisines. Les cellules stomatiques deviennent turgescentes. Comme leur paroi est épaisse et rigide du côté de l'ostiole et mince à l'extérieur, elles se courbent en s'écartant l'une de l'autre : l'ostiole s'ouvre.
• Fermeture : à l'obscurité ou quand la plante manque d'eau, les ions K^+ ressortent, l'eau sort par osmose, les cellules stomatiques perdent leur turgescence (elles deviennent flasques) et se rapprochent : l'ostiole se ferme.

Un compromis vital. Les stomates ouverts laissent entrer le CO₂ mais laissent aussi sortir la vapeur d'eau : c'est la transpiration. Quand il fait très chaud et sec (harmattan, midi en saison sèche), la plante risque de perdre trop d'eau : elle ferme ses stomates, ce qui la protège du dessèchement, mais ralentit l'entrée du CO₂ et donc la production de matière organique. C'est ce qu'observait Sékou sur le manguier à midi.

6. Le trajet du CO2 : une diffusion

Le CO₂ entre dans la feuille par diffusion : un gaz se déplace spontanément de la zone où il est le plus concentré vers la zone où il l'est le moins, sans dépense d'énergie.

Pourquoi le CO₂ va-t-il de l'air vers la feuille ? Parce que, à la lumière, les cellules chlorophylliennes consomment le CO₂ pour la photosynthèse : sa concentration diminue dans les lacunes de la feuille. Il se crée un gradient de concentration entre l'air extérieur (environ 0,04 % de CO₂) et l'intérieur de la feuille, qui entretient un flux continu.

Le trajet est le suivant :

Le CO₂ doit se dissoudre dans l'eau qui imprègne les parois cellulaires avant de pénétrer dans les cellules : c'est pourquoi les parois des cellules du parenchyme sont toujours humides.